Номер 9, страница 83 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 11. Агрегатные состояния веществ и фазовые переходы - номер 9, страница 83.

Условие.

9. Какие фазовые переходы являются экзотермическими, а какие — эндотермическими? Можно ли утверждать, что тепловые эффекты взаимно противоположных переходов (например, испарение — конденсация) равны по величине и противоположны по знаку? Приведите примеры использования теплоты фазовых переходов на практике.

Решение.

Решение 2.

Какие фазовые переходы являются экзотермическими, а какие — эндотермическими?

Фазовые переходы классифицируют в зависимости от того, сопровождаются ли они выделением или поглощением теплоты.

Эндотермические переходы — это процессы, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды. При этом внутренняя энергия вещества увеличивается. К таким переходам относятся:

• Плавление — переход вещества из твердого состояния в жидкое.

• Парообразование (испарение и кипение) — переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

• Сублимация (возгонка) — переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.

Экзотермические переходы — это процессы, которые идут с выделением теплоты в окружающую среду. При этом внутренняя энергия вещества уменьшается. К таким переходам относятся:

• Кристаллизация (затвердевание) — переход вещества из жидкого состояния в твердое.

• Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое.

• Десублимация — переход вещества из газообразного состояния в твердое.

Ответ: Эндотермические (с поглощением тепла): плавление, парообразование, сублимация. Экзотермические (с выделением тепла): кристаллизация, конденсация, десублимация.

Можно ли утверждать, что тепловые эффекты взаимно противоположных переходов (например, испарение — конденсация) равны по величине и противоположны по знаку?

Да, можно. Это утверждение является прямым следствием закона сохранения энергии. Количество теплоты, которое поглощается веществом при переходе в состояние с более высокой внутренней энергией (например, при плавлении), в точности равно количеству теплоты, которое выделяется при обратном переходе в состояние с более низкой энергией (при кристаллизации).

Например, количество теплоты, необходимое для плавления тела массой $\text{m}$, определяется формулой $Q_{пл} = λ \cdot m$, где $λ$ — удельная теплота плавления. Процесс является эндотермическим, теплота поглощается ($Q_{пл} > 0$). При кристаллизации этого же тела выделяется количество теплоты $Q_{кр} = -λ \cdot m$. Процесс является экзотермическим, теплота выделяется ($Q_{кр} < 0$).

Аналогично для парообразования и конденсации, где $\text{L}$ — удельная теплота парообразования: $Q_{пар} = L \cdot m$ (поглощение тепла) и $Q_{конд} = -L \cdot m$ (выделение тепла).

Таким образом, модули этих тепловых эффектов равны $|Q_{прямого}| = |Q_{обратного}|$, а знаки противоположны.

Ответ: Да, можно утверждать, что тепловые эффекты взаимно противоположных переходов равны по величине и противоположны по знаку в соответствии с законом сохранения энергии.

Приведите примеры использования теплоты фазовых переходов на практике.

Тепловые эффекты фазовых переходов находят широкое применение в различных областях. Вот некоторые примеры:

• Холодильные установки и кондиционеры. Их работа основана на цикле испарения и конденсации хладагента. Внутри охлаждаемой камеры хладагент испаряется, поглощая тепло (эндотермический процесс). Снаружи установки хладагент под давлением конденсируется, выделяя это тепло в окружающую среду (экзотермический процесс).

• Паровое отопление. В котле вода превращается в пар (парообразование). Пар по трубам поступает в радиаторы, где конденсируется, превращаясь обратно в воду. Процесс конденсации является экзотермическим, и выделяемое при этом большое количество теплоты обогревает помещение.

• Охлаждение организма. При физической нагрузке или в жару тело человека выделяет пот. Испаряясь с поверхности кожи, пот забирает избыточную теплоту, тем самым охлаждая организм.

• Защита растений от заморозков. Для защиты цветущих садов от весенних заморозков используют метод дождевания — растения опрыскивают водой. Когда температура падает ниже 0°C, вода на ветках и цветах начинает замерзать. Процесс кристаллизации воды является экзотермическим, и выделяемое тепло не позволяет температуре самих растений упасть до критических значений.

Ответ: Примерами использования теплоты фазовых переходов являются работа холодильников и кондиционеров (испарение и конденсация), паровое отопление (конденсация), охлаждение тела за счет испарения пота, защита растений от заморозков методом дождевания (кристаллизация).